¿Por qué procede la reacción nuclear 3He(n,p)3H pero 3He(n,gamma)4He fuertemente suprimida?

La reacción de captura de neutrones 3He(n,p)3H es muy útil para la detección de neutrones, ya que el valor Q de ~700 keV se convierte en energías cinéticas en el p y el 3H producidos. Estos productos cargados pueden luego ionizar el gas mezclado con 3He en una cámara de gas y luego ser detectados. La sección transversal para esta reacción es masiva en ~kilobarns para neutrones térmicos (~2000m/s).

Mi pregunta es: ¿por qué la reacción 3He(n,gamma)4He no ocurre muy a menudo? ¡El valor Q para esto es ~20MeV! Esto se debe a que el núcleo de 4He está muy unido. Una búsqueda rápida en la literatura para esto pone la sección transversal en ~microbarns.

¿Me estoy perdiendo de algo? ¿Hay alguna regla de selección que desconozco?

Encontré en Krane - Introductory Nuclear Physics en la sección sobre captura de neutrones lo siguiente: "... la emisión gamma [después de la captura de neutrones] es el proceso de descomposición más probable. (La emisión de partículas cargadas está inhibida por la barrera de Coulomb y es poco probable ocurrir en cualquiera excepto en los núcleos más ligeros.)" No sé completamente cómo interpretar esto.
La barrera de Coulomb es un término utilizado en el modelo de descomposición de partículas cargadas de Gamow. Por ejemplo, vea la figura 14.9 aquí

Respuestas (1)

Es porque el estado excitado de energía más baja en 4 Está a 20,2 MeV y tiene paridad de espín. 0 + . (Creo que este enlace selecciona 4 Él de la tabla de isótopos; haga clic en "lista de niveles" o "esquema de niveles"). 0 + → 0 + transición no puede emitir un fotón, porque el fotón debe llevarse una unidad de momento angular. Ese estado es lo suficientemente amplio como para superponerse con la energía de un 3 Él y el neutrón en reposo.

Obtienes el mismo tipo de efecto en 6 li(n, α ) 3 H. (Aunque esta noche no puedo encontrar una excitación asociada en 7 Li, grrr.) Por esta razón, el litio enriquecido también se usa para dopar los centelleadores para la detección de neutrones o para el blindaje de neutrones donde es importante tener un fondo gamma bajo.

Todos los núcleos más pesados ​​tienen transiciones internas y emiten de 1 a 10 MeV de fotones después de la captura de neutrones. Por lo general, los fotones provienen de una cascada de transiciones internas y no tienen nada parecido a un espectro de líneas.

El 3 El núcleo tiene un momento magnético bastante grande y puede captar un espín nuclear de un vapor alcalino polarizado con electrones, como el rubidio o el potasio bombeados ópticamente. Desde el 3 He+n captura pasa a través de un 0 + estado, polarizado 3 Preferirá absorber un estado de espín de neutrones. Este es un método común para polarizar haces de neutrones térmicos o fríos.

Esa es una gran explicación. ¡Gracias! Encontré niveles de 7Li en la página 4 de tunl.duke.edu/nucldata/fas/07_1966.pdf . La diferencia de masa entre 6Li + n y 7Li da 7,2 MeV de energía de excitación. ¿Cuáles de estos estados están preferentemente excitados? El primero excitado a 0,5 MeV permite la emisión gamma. Hay uno a 4,6 MeV, que proporciona alfa y tritón, y otro a 7,5 MeV que proporciona un canal de emisión n adicional.
Le estaba explicando a alguien que el singlete grande y el triplete cercano a cero, la sección transversal de captura n+3He se debe al principio de exclusión de Pauli. ¿Es esta la interpretación "más profunda" correcta de por qué el suelo y los dos primeros estados excitados tienen J = 0? Además, miro la tabla y pregunto por qué los niveles de energía más altos donde J = 1 de modo que la emisión de fotones ES posible, pero no ocurre.
Buen hallazgo Las reacciones 6Li(n,X) son los números 4–8 en la lista de las páginas 4–6. El (n,n) es una reacción de dispersión para neutrones eV y más rápido. (norte, γ ) tiene una sección transversal de 45 mb, en comparación con 1 kb para (n, α ). Si observa las energías de los estados y sus anchos , debería quedar bastante claro que solo el estado de 7.5 MeV se superpone mucho con el 6Li y el neutrón libre en reposo.
Podría haber algún argumento de isospin en contra de cualquier baja 1 − estados en 3 Él, pero yo no lo sé. Yo mismo he usado el argumento del principio de exclusión, no hay vergüenza en eso. Los neutrones térmicos no pueden acceder a los estados de mayor energía porque no tienen suficiente energía.
¡Gran discusión! "Podría haber algún argumento de isospín contra cualquier estado 1- bajo en 4He" (y no 3He, ¿verdad?). Estoy de acuerdo en que no es posible excitar los estados 2 o 1 de 4He con 3He+n con neutrones térmicos. Pero supongamos que tenemos neutrones con ~3-5MeV o usamos otras reacciones para llegar a esos estados. ¿Por qué no emiten una gamma? En la tabla que publicó, solo muestra las ramas de emisión de n & p.
¿Por qué procede la reacción nuclear 3He(n,p)3H pero 3He(n,gamma)4He fuertemente suprimida?
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